姚雅芹++李国庆

摘 要：用L10相FePt作下底层，分别研究FePt（30nm，Ta）单层、L10-FePt（30nm，Ta）/A1-FePt（30nm）双层及L10-FePt（30nm，Ta）/MgO（10nm）/A1-FePt（30nm）三层薄膜的磁性，Ta=500℃。结果表明，经500℃热处理后的单层FePt磁化易轴沿垂直膜面方向，曲线矩形度较好；双层薄膜磁化曲线出现双肩现象，说明软硬磁层界面处产生强烈的交换耦合作用，软磁带动硬磁转，降低了硬磁层的矫顽力。三层膜的磁矩反转机理同双层膜一致，但中间层MgO的加入使得交换耦合作用减弱，矫顽力明显增大，软硬磁间接接触，减弱了记录噪音。

关键词：FePt薄膜；矫顽力；交换耦合作用

中图分类号：O484.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）02-0005-02

Abstract： Using L10 phase FePt as the bottom layer， we studied the magnetic properties of FePt（30nm，Ta） mono-layer film， L10-FePt（30nm，Ta）/A1-FePt（30nm） double-layer film and L10-FePt（30nm，Ta）/MgO（10nm）/A1-FePt（30nm） three-leyer thin film， Ta=500℃. The results show that after heat treatment at 500℃， the easy axis of single layer FePt magnetization is better in the direction of perpendicular film surface. The phenomenon of double shoulders in the magnetization curve of the double layer film shows that there is strong exchange coupling at the interface of the soft and hard magnetic layer， and the hard magnetic rotation is driven by the soft magnetic field， which reduces the coercivity of the hard magnetosphere. The magnetic moment reversal mechanism of the three-layer film is the same as that of the bilayer film， but the exchange coupling is weakened with the addition of MgO in the middle layer， the coercivity is obviously increased， and the soft and hard magnetic indirect contact weakens the recording noise.

Keywords： FePt thin film； coercive force； exchange coupling interaction

磁記录介质在记录过程中为了克服热扰动，要使用有大“单轴磁晶各向异性能”（Ku）的材料来降低“超顺磁极限”。于是L10相的CoPt基、FePt基合金膜[1][2]受到了高度重视。FePt合金的化学性质非常稳定，形成L10相后，它的Ku接近7×107erg/cc，最小热稳晶粒尺寸可下降到3nm，理论上可实现10Tb/in2的超高记录密度。

Kneller等在1911年提出交换弹簧，将硬磁和软磁结合，利用层间强烈的交换耦合作用，使硬磁在软磁的带动下反转，有效地降低硬磁颗粒的反转磁场，此想法可以兼得硬磁材料大的矫顽力和软磁材料高的饱和磁化强度，但它是软磁层与硬磁层直接接触，强交换耦合会使记录过程产生很大的噪音。为改善记录介质，2005年掺入中间层的交换耦合复合磁记录介质（Exchange coupled composite media，ECC）由Victoral提出。ECC介质在保证硬磁层热稳定性的前提下，通过中间层的加入来减弱两相间的交换耦合作用，使介质的反转场最大化的降低，调制其矫顽力，解决信息的写入问题。

1 实验

采用磁控溅射法在加热到400℃的MgO（001）基片上生长30nm的FePt薄膜，随后，对薄膜进行500℃的真空热处理（时长为1h）。溅射前腔体内的背景真空度优于2.0×105Pa，溅射时氩气气压为2.8Pa，FePt采用直流溅射，Fe靶和Pt靶的纯度都优于99.99%，两靶同时溅射，Fe靶的电流0.47A，Pt靶的电流0.09A（此电流可以保证Fe，Pt成分比接近1：1）。

室温下在经热处理的薄膜上再沉积30nm的软磁相FePt，从而形成同材异质的FePt交换弹簧。但软硬磁层界面处的强交换耦合作用会使记录噪声大。而ECC介质中间层的作用是隔离软磁层与记录层，降低记录噪音。MgO晶格常数为0.42nm，A1相FePt晶格常数为0.384nm，二者晶格常数比较接近，所以采用非磁性10nm厚的MgO作为中间层形成三层薄膜。MgO采用射频溅射获得，发射功率和反射功率分别为110W，2W，成膜厚度通过溅射时间来控制。用振动样品磁强计（VSM）测量磁化曲线。

2 结果与讨论

图1为L10-FePt（30nm，Ta=500℃）/MgO（xnm）/A1-FePt（ynm）薄膜的M-H曲线，图a为单层薄膜的M-H曲线，[001]方向曲线具有良好的方形，矫顽力为3.81kOe，FePt的磁化易轴为垂直膜面方向，说明此时薄膜发生相变呈L10相；沿面内方向磁化，回线有一定的面积，可知薄膜没有完全有序化，仍有软磁相存在。图b为L10-FePt（30nm）/A1-FePt（30nm）双层薄膜的磁化反转曲线，在垂直膜面方向出现了两个跳跃的点（双肩现象），H1（软磁层的形核场）和H2（硬磁层的开关反转场），薄膜磁矩分两次完成反转，意味着两层界面处存在很强的交换耦合作用。与图a相比，500℃退火后的双层薄膜，面内方向曲线面积明显减小，零场附近出现了很明显的台阶；[001]方向曲线的矫顽力减小为2.05kOe，主要是由于软/硬磁交换耦合使得界面处的邻近纳米颗粒形成一个更大的磁性体，这将产生更大的磁化反转体积，从而具有更稳定的磁性。图c为三层薄膜的磁化曲线，[001]方向软磁层的形核场H1与图b相比所对应的磁感应强度降低，反转需要施加的外磁场减小，主要是由于MgO插入后，薄膜厚度增加，上层的A1相FePt到外磁场的距离减小，在弱磁场作用下便开始反转，同样硬磁层的开关场H2对应的磁感应强度也降低，软磁带动硬磁反转的外磁场增大，应该是中间层MgO一方面使软磁层与硬磁层隔开，降低记录时的噪声，另一方面使软硬磁层间接接触，交换耦合作用减弱，被钉扎的软磁少，软磁带动硬磁反转所需的外磁场增大，矫顽力增大为3.29kOe。

3 结束语

采用磁控溅射法在加热到400℃的MgO（001）基片上生长30nm厚的FePt薄膜，进行Ta=500℃时长1h的真空热处理。薄膜会发生相变（A1→L10），磁化易轴为垂直膜面方向。在退火后的薄膜上生长30nm厚的软磁FePt，得到L10-FePt（001）/A1-FePt交换弹簧，磁化曲线上出现双肩现象，软硬磁层磁矩非一致反转，软硬磁间强的交换耦合作用降低了硬磁的矫顽力。

为优化记录介质，继续研究L10-FePt（30nm）/MgO（10nm）/A1-FePt（30nm）的磁性，发现中间层MgO能够降低软硬磁层间的交换耦合作用，矫顽力增大，记录噪声减弱。

参考文献：

[1]T.Suzuki，T.Kiya，N.Honda，K.Ouchi，J.Magn.Magn.Mater.2001：312.

[2]Z.G.Zhang， K.Kang， T.Suzuki， Appl.Phys.Lett. 2003：1785.

[3]金哲明，孙可心，杨芳淼，等. Al-N共掺ZnO：Co纳米薄膜的制备及其性能研究[J].科技创新与应用，2016（10）：7-9.

[4]苏雨，李阳，张培，等. 粉体填充溶胶凝胶制备多孔纳米SiO2薄膜[J].科技创新与应用，2016（10）：19-20.

[5]任晓光.基于纳米TiO2薄膜的自清洁玻璃的制备[J].科技创新与应用，2016（11）：54.

[6]李海博，尹延昭，郑丽.多晶硅薄膜制备工艺及其应用发展[J].科技创新与应用，2014（02）：8-10.endprint